_ZNS-D03S型智能制造设备技术应用平台

一、功能总体介绍

智能制造设备技术应用平台，以工业机器人和协作机器人为核心，在操作平台的四周合理分布有多种不同工艺应用的机器人工具以及搬运码垛单元、原料库单元、成品库单元、装配检测单元、2D视觉检测单元、3D视觉检测单元、螺丝供料单元、皮带输送单元、缓存单元、加工单元、2D轨迹训练单元、3D轨迹训练单元、总控系统及操作面板等组件。该平台深度集成了离线编程技术，软件中不仅包含了与硬件平台的相符三维模型资源，还大大简化了搬运码垛工艺实现的编程应用过程、提高轨迹复现精度、避免发生碰撞干涉。工作站包含了搬运码垛工艺、分拣工艺、装配工艺等工业机器人最典型应用，不仅满足了职业院校不同专业学生针对工业机器人的操作和编程的教学需求，完全来源于工业应用现场的特征也使该工作站更加适合于作为职业技能竞赛平台。

智能制造设备技术应用平台采用教育化的设计理念和工业化的设计方法，通过严密的计算以及合理的布局，将多种功能集成在应用平台桌面上。

智能制造设备技术应用平台教学任务的同时，还能够根据使用者的想法，灵活的改变操作流程，降低或增加操作难度。拥有这种特性的应用教学平台能够伴随学员不同阶段的成长而不过时。

智能制造设备技术应用平台取于工业应用场景，里面主要元件如工业机器人、协作机器人、锁螺丝工具、皮带输送单元等均来自实际应用场景。

智能制造设备技术应用平台，以实际工业应用场景为基础，采用高度模块化单元自由组合理念设计，主要包括设备架体单元、工业机器人单元、协作机器人单元、搬运码垛单元、原料库单元、装配检测单元、2D视觉检测单元、螺丝供料单元、皮带输送单元、芯片供料单元、快换工具单元、成品库单元、加工单元、3D视觉检测单元、缓存单元、行星齿轮装配单元、2D轨迹训练单元、3D轨迹训练单元、总控单元等硬件单元。

此款设备既可满足学校针对机器人教学功能的要求，也可完成机器视觉的功能教学。设备体现了智能控制的基本概念，为后续要推广的智能控制及智能制造两大领域有很好的理解和影响力。下图展示了各单元组成。

图1 单元组成

二、设备单元介绍

1、设备架体单元

设备架体用于支持各单元，上台面为型材台面，各单元可方便在台面安装。具有脚轮，可用于移动设备。上面安装有云监控安全光栅、三色灯，另一台架控制面板上也具有三色灯，用于显示协作机器人运行状态。控制面板安装有急停开关，可在紧急情况下快速停止设备。架体前方可开门，可放置工具、行星装配模块、2D轨迹训练单元、3D轨迹训练单元等物品。如图所示。

图2 设备架体单元

2、工业机器人单元

采用ABB品牌的IRB 120，如图所示，小巧灵活特性使其广泛应用于3C、电子、食品等行业，同时较小的工作半径和额定负载，在保证功能实现效果的前提下，确保教学和竞赛安全，防止发生人员以外，满足工作站使用要求。

图3 工业机器人

3、协作机器人单元

该工作站选用协作机器人，机器人参数如下：

ROKAE 机器人参数明细表
型号	SR3-C-H
动作类型	多关节型
自由度	6
供电电源	48VDC
工作温度范围	0℃~45°C
最大动作速度	Axis 1	180°/s
	Axis 2	180°/s
	Axis 3	180°/s
	Axis 4	180°/s
	Axis 5	180°/s
	Axis 6	180°/s
最大动作范围	Axis 1	±175°
	Axis 2	-155°~﹢140°
	Axis 3	-175°~﹢135°
	Axis 4	±175°
	Axis 5	±175°
	Axis 6	±175°
最大活动半径		706mm
手部最大负载		3Kg
可重复性		±0.02mm

图4协作机器人单元

4、螺丝供料单元

螺丝供料单元由1台螺丝机组成，它通过旋转式圆盘将成排的螺丝分成单颗供给，消除了螺丝重叠的现象，从而实现稳定的装夹。螺丝供给采用旋转式分料比直线往返式，缩短了回原点时间，提高了螺丝的供给速度。

图5 螺丝供料单元

5、装配检测单元

装配单元提供多个装配工位，如图所示，分别用于不同产品的装配和检测。不同产品对芯片种类、数量的要求不一，需要工业机器人根据要求从原料库中选取所需的芯片后放置到指定位置，在完成所有芯片的安装后，为产品安放盖板并锁紧固定螺丝。

图6装配检测单元

6、2D视觉检测单元

2D视觉检测单元可以对工业机器人所选取芯片的颜色、形状、位置等信息进行检测和提取，如图所示，并将检测结果传输给工业机器人，以辅助其完成后续动作。视觉镜头配套检测光源，可以尽量避免环境光源对检测结果的影响。采用倒置式安装，可以使机器人手持零件进行检测，减少周边配套设备，简化机器人轨迹动作。

图7 2D视觉检测单元

7、成品库单元

成品库如图所示，两侧是存储芯片区域，中间是存储电路板区域，分有合格区和不合格区。

图8 成品库单元

8、搬运码垛单元

搬运码垛单元是将工业机器人对产品搬运码垛工艺进行功能抽象化，工业机器人抓持夹爪工具将已完成生产的方形产品由原料台按照要求搬运码垛到指定位置，如图所示，提供两种不同类型的仓储料库，可以模拟传送带队列式供货和平台堆垛，通过对物料转移过程和堆垛形式的要求增加教学多样性，提高编程复杂度。

图9搬运码垛单元

9、皮带输送单元

皮带输送单元是设备的重要组成部分，负责接驳CPU托盘的运输，包括输送机本体、气缸定位机构、编码器测速机构、光电开关等组件构成，如图所示。芯片托盘在两端位置可以用气缸定位机构定位，方便机器人精准上料，编码器可以实时测得皮带线速度，以结合机器人和视觉相机进行动态抓取及物料识别。侧面具有光电开关，可检测芯片托盘位置。如图所示

图10 皮带输送单元

10、芯片供料单元

芯片供料单元由料盒、翻转机构、芯片定位机构、条形光源等组成。芯片可以在翻转机构上进行正反方向改变，料盒振动功能，由气缸伸缩实现。可实现芯片的重新排列。料盒两侧具有条形光源，可补偿外部环境对于视觉的干扰。芯片定位机构是利用芯片的自重可进行二次定位，以便于协作机器人精准取放。如图所示

图10 芯片供料单元

11、快换工具单元

该设备快换工具单元共有8套工具，如下表所示。工业机器人可通过程序控制到指定位置安装或释放工具，实现了无需人为干预，工业机器人可在不同工具间自由切换，同时确保气路正常，大大扩展了工业机器人的应用能力。

12、原料库单元

原料库单元由铝合金板材拼接而成，由架体、光电开关等组成。共有两层四个库位，每个库位有光电开关进行有无检测。用于存放检测完成后的产品。上层用于存放合格产品，下层用于存放不合格品（仓位功能可自由设定）。同时也可放置芯片托盘。机器人根据检测结果，将产品放入对应的仓位。下方集成了电磁阀、真空发生器、真空表等。方便集中调试管理。如图所示。